楼梯间结构抗震分析设计建议

楼梯间结构抗震分析及设计建议摘要：无论是公用建筑还是民用建筑，楼梯间作为最常见的竖向交通通道，是重要的紧急逃生通道。通过对地震中楼梯间破坏现状的调查，从结构设计、材料选用，施工技术措施等方面提出导致楼梯破坏的原因，并根据计算结果分析和工程经验，提出改善楼梯工作性能的施工措施和设计措施。

关键词：楼梯间；抗震措施；设计；

近年来，地震频频发生。2008年汶川大地震中一个普遍的破坏现象是作为紧急逃生通道的楼梯间破坏严重，导致撤离路线出现障碍而造成了相当的人员伤亡。2010年玉树地震中也同样存在大量楼梯破坏的现象。

在结构分析中楼梯通常仅按受弯构件进行分析，在建筑物的正常使用过程中，这些楼梯也表现出较好的工作性能。在地震中，楼梯出现了各种类型的破坏，在很多建筑中表现为比建筑本身的破坏更严重，为此本文从楼梯结构分析、材料选择、施工措施等方面对现通楼梯设计和施工方法进行探讨，提出其中存在的问题并提出了一些改进建议。

梯破间坏形态及原因分析

1.1梯板破坏

梯板破坏主要表现为梯板断裂，断裂部位可归纳为几种情况：在距两端支座约1/3处断裂；在楼梯施工缝处断裂；沿梯板长度方向破裂；梯板的装修面层破坏等。

产生此类破坏的原因如下。

(1)施工缝处理不当，施工缝中大量夹渣，新浇的混凝土和原有混凝土结合面强度极差，在地震作用尤其是竖向地震作用下产生上下错动。

(2)楼梯按斜杆分析，在斜杆中点以上的范围存在拉力。实际配筋时，梯板的负筋长度通常按水平跨度的1/4处断开，在正常使用时，由于拉力较小，并未发现问题，而地震时，尤其在竖向地震左右下，梯板的拉力大幅度增加，结果造成梯板上侧负弯矩筋截断附近发生断裂。

1.2楼梯间小柱破坏

目前一般做法是在钢筋混凝土框架梁上起设小柱，在小柱顶两个方向设平台梁。受建筑平面限制，梯间小柱截面多为

200mmx200mm，纵筋一般配置414，箍筋一般配置6@200。在地震中楼梯间小柱大量出现柱头破损，梯梁纵筋被拔出的情况。出现此类破坏的原因是：(1)柱截面过小，平台梁在柱内的锚固长度不能满足规范规定要求；(2)节点混凝土浇筑质量差，强度低；(3)未考虑地震时该柱实际存在的地震弯矩，柱的强度不够等。

1.3楼梯间框架柱剪切破坏

现有板式楼梯在半层处平台通过平台梁和平台板与框架柱相连，与其他位置框架柱相比，楼梯间框架柱净高约为其他位置的一半，在楼板刚性假定的前提下，其分得的地震剪力约为其他柱的8倍左右，即便考虑楼梯平台的一部分位移。楼梯间的框架柱分得的

地震作用也比其他柱大得多。这就导致了地震中大量的楼梯间框架柱发生严重的剪切破坏。

1.4楼梯平台板和平台梁的破坏

目前楼梯平台梁和平台板一般均按受弯计算。在正常使用状态下，梯板推力很小，梁板均能安全正常的工作；而在地震作用下(尤其在大震时)，梯板的轴力很大，对平台梁而言，梯板的推力使平台梁平面外受弯、受剪。而平台梁宽度一般很小．大多在200～250 mm左右，平面外抗弯及抗剪能力极低，所以在重灾区，包括中等烈度区有大量楼梯在平台处发生破坏。

1.5楼梯间填充墙破坏

由于梯板斜向放置，梯间小柱将楼梯间填充墙分割得很零碎且梯间小柱未伸至上层梁底，填充墙构造措施不到位等多方面原因，导致楼梯间填充墙较房屋其他处的破坏大很多，在地震时造成大量人员伤亡。要避免楼梯间填充墙的倒塌，需要大幅度提高填充墙的延性，设计中应做到以下几个方面：(1)保持砌体的完整性，避免梯板嵌入墙内造成大量碎砖填缝的情况发生：(2)梯间小柱应延伸至上层梁底，和梁底的连接采用构造柱和框架梁的连接方式：(3)增设通长水平钢筋混凝土腰带。

楼梯间对结构整体工作性能和楼梯间相邻构件的影响分析

从地震灾害的调查来看,楼梯梯板的斜撑作用十分明显。为得出一个定量的数据，采用pkpm软件系列中的satwe软件和etabs软件进行分析，从而比较楼梯斜撑作用对结构性能的影响。举例一个

5层框架结构，7度设防，地面加速度o.19，设计地震分组为第三组。层高3.3m，楼面恒荷2.5kn／m2，活荷载2 kn／m2，屋面恒荷4.5kn／m2，活荷载2kn／m2，楼层梁上布置线荷载10kn／m，屋面边框梁上布置线荷载4kn／m。satwe软件对楼板的模拟采用弹性板6，etabs软件对梯板和楼板均采用壳单元。分析结果可以看出：考虑楼梯板的斜撑作用后，由于刚度中心与质量中心偏离，造成第二周期以扭转为主；由于刚度增大，周期值减小，地震作用增加，结构的层间位移减小，说明梯板的斜撑作用的确不能忽略。

为比较楼梯间对相邻构件的内力影响，选择图1中的z1、z2、z3及半层平台梁tl1作为研究对象，比较这几个构件在梯板影响下的受力变化。分析数据发现考虑楼梯的斜撑作用后，楼梯间相邻构件出现了以下变化：

（1）z1柱由于相对刚度降低，内力值有所减小；

（2）z2柱与楼梯半层平台相连，横向剪力突增，是不考虑楼梯影响的3倍多：横向弯矩增大较多；此结果验证了由短柱效应引起的剪切破坏。

（3）z3柱横向剪力与弯矩均有所增大；

（4）tl1地震工况内力远大于恒载和活载产生的内力；

（5）梯板中水平荷载引的轴力远大于竖向荷载引起的轴力。

减轻楼梯间破坏的若干对策

3.1材料选择

(1)从地震灾害调查结果来看，一般由正规施工单位完成的工

程，其混凝土质量基本能达到设计要求，但也发现个别建筑混凝土质量极差。主要表现为级配不合理，振捣不密实，应通过加强施工管理来解决。

(2)设计选用冷轧扭钢筋的梯板，由于钢筋延性不足，被大量拉断。由此可见梯板中使用冷轧扭钢筋对梯板的延性极其不利，应在今后设计中禁止使用冷轧扭钢筋，而推广使用延性较好的hrb335级钢筋和hrb400级钢筋。

3.2施工措施

目前楼梯施工存在的主要问题是施工缝设置不当，施工缝处理不合乎要求等问题。梯板施工缝中明显存在夹渣，按混凝土施工及验收规范，施工缝应垂直于梯板，施工中却并未做到。解决此类问题只有依靠各有关方面加大监管力度。相关责任主体严格按有关规范和要求执行。至于施工缝的留设位置，建议尽可能留在楼层平台板内，因为相对梯板而言，平台板为四边支承板。安全储备更大，从这个意义上讲，将施工缝留在平台板上可能更安全一点。

3.3设计措施

3.3.1主体结构计算时考虑梯板参与工作，按计算结果加大配筋

如前所述，考虑楼梯梯板的斜撑作用后，结构的整体工作性能发生的较大变化，尤其是梯板本身及和楼梯半层平台直接相连的框架柱．其受力会发生较大变化，设计时应采用合适的软件，准确分析楼梯的受力情况，根据计算结果加大构件的配筋。在地震烈度不高的情况下，这一方法基本可行，，构造上须注意图1中z2柱所示